Двухотсчетный преобразователь угол - код

 

Изобретение относится к -автоматике и вычислительной технике и может 6btTJb использовано в цифровых системах автоматического управления манипуляторами , роботами ив измерительной технике для преобразования угла пово-. рота в ци1)ровой код. Цель изобретения - р асгаирение области применения путем осуществления фазовой автоподстройки тока вобмотках точного ртСТета датчиков угла. Преобразователь содержит генератор импульсов, три делителя частоты, два счетчика, два формирователя импульсов, корректор фазы, блок запитки датчика, двухотсчетный синусно-косинусный -вращающийся трансформатор (СКВТ), три фильтра, четыре нуль-органа, два блока синхронизации , два регистра, два фазовых детектора, блок согласования и синхронизации , управляемый аттенюатор и интегрирующий усилитель. Поставленная цель достнгается за счет того, , что вновь введенные корректор фазы и блок запитки датчика позволяют осуществить фа зов JTO автоподстройку тока в обмотках точного отсчета СКВТ одновременно с высокоточной стабилизацией амплитуд питающих напряжений, а также простое согласование с линией связи и обеспечивают малую чувствительность к помехам, проникающим на вход блока запитки .датчика со стороны линии связи. 2 з.п. ф-лы, 3 ил. i V С

А1

СОЮЗ СО8ЕтСКИХ

СОМИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

ИВ (И) (51)5 03 М 1 64

ГОСУДАРСТ8ЕНИЫЙ КОМИТЕТ

ПО изОБРетениям и ОткРытиям пРи Гкнт сссР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОЬ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ

):.(46) 23.04.91. Бюл. В 15 (21) . 4190378/24 (22) 18.12.86 (72) А.Ю.Белавин, А.Н.Козлов, Е,В.Соловьев и С.Н.Сологубов (53) 681.325(088.8) (56)- Петропавловский В.П. и Синицын Н.В. Фаэовые цифровые преобразователи угла.- M.: Машиностроение, 1984, с. 124, рис.97.

Преобразователь угол - код на . базе СКТД-6465. — Электричество, 1979, В 9, с. 54, (54) ДВУХОТСЧКТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

УГОЛ-- КОД (57) Изобретение относится к автоматике и .вычислительной технике и может быть использовано s циФровых системах автоматического управления манипуляторами,роботами и в измерительной технике для преобразования угла пово-, рота в цифровой код, Цель изобретения - расширение области применения. . путем осуществления фаэовой автоподстройки тока в обмотках точного отИзобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в цифровых системах автоматического, управления манипуляторами,.роботами и в измерительной технике для преобразования угла поворота вала в цифровой код.

Цель изобретения †. расширение области применения путем осуществления фаэовой автоподстройки тока в обмотках точного отсчета датчика угла.

2 счета датчиков угла, Преобразователь содержит генератор импульсов, три делителя частоты, два счетчика, два формирователя импульсов, корректор фазы, блок эапитки датчика, двухотсчетный синусно-косинусный вращающийся трансформатор (СКВТ), три фильтра, четыре нуль-органа, два блока синхронизации, два регистра, два фазовых детектора, блок согласования и синхронизации, управляемый аттенюатор и интегрирующий усилитель. Поставлен" ная цель достигается за счет того, 1 что вновь введенные корректор фаэы и блок эапитки датчика позволяют осуществить фаэовую автоподстройку тока в об- ф мотках точного отсчета СКВТ одновременно с высокоточной стабилизацией амплитуд питающих напряжений, а также простое согласование с линией связи и обеспечивают малую чувствительность а к помехам, проникающим на вход блока запнтки,датчика со стороны линии связи, 2 э,пв ф-лы, 3 иле

На фиг. l приведена структурная схема преобразователя; на фиг.2— функциональная схема корректора фазы;

1 на фиг.3 — схема блока эапитки датчика.

Преобразователь содержит генератор 1 импульсов, делитель 2 частоты, счетчик 3, первый формирователь 4 импульсов, корректор 5 фазы, блок 6 эапитки датчика, двухотсчетный синусно- косинусный вращающийся трансформа3 . 149660 тор (СКВТ) 7, второй формирователь

8 импульсов, фильтр 9, первый нульоргай 10, первый блок 11 синхронизации, регистр 12 точного отсчета (ТО), счетчик 13 грубого отсчета (ГО),второй нуль-орган 14, второй блок 15 синхронизации, блок 16 согласования и синхронизации и выходной регистр

17. 10

Корректор. 5 фазы включает первый датчик 18 тока, первый нуль-орган 19, первый фазовый детектор 20, второй .датчик 21 тока,, второй нуль-.орган

22, второй фазовый детектор 23, с 15 первого по четвертый ключи 24-27, два делителя 28 и 29 частоты.

Блок 6 эапитки датчика содержит управляемый аттенватор 30, первый 20 фильтр 31, первый усилитель 32 мощности,: элемент 33 сравнения, второй усилитель 34 мощности, второй фильтр

35 и интегрирующий усилитель 36., I

25 Преобразователь работает следующим образом.

Стабильная по частоте последовательность прямоугольных импульсов f>, . вырабатываемая генератором 1 импульсов (см. фиг.l), поступает на входы делителя 2 частоты и вroppro формирователя 8 импульсов. Второй формирователь 8 импульсов формирует из входных прямоугольных импульсов две последовательности выходных коротких импульсов, поступающих в корректор

5 фазы, на входы д, е (см. фиг.2).

Частоты следования этих импулвсов сОвпадают с частотой сигнала f(, a 40 фазы сдвинуты одна относительно другой иа 180 . Делитель 2 частоты понижает частоту сигнала f< до частоты сигнала Е, которая выбирается такой, чтобы эа Один период работы преобра- 45 . эователя счетчиком 3 была сформирова на кодовая маска определенной разрядности N. С выхода делителя 2 частоты импульсы Е< поступают на вход двоичного счетчика 3, на выходах которого формируется временная кодовая маска.

Число N (О...n) выходных разрядов счетчика 3 определяется конкретным применением двухотсчетного преобразователя угол - код. Сформированная кодовая маска подается на вход параллельной записи регистра 12 ТО и вход параллельной записи счетчика 13 ГО.

Причем на вкоды параллельной записи

6 4 регистра 12 ТО поступают все Н разрядов кодовой, маски, а на вход параллельной записи счетчика 13 ГО разряди с и, по п, при этом п„п log< К р где K > — коэффициент электрической редукции двухканального

СКВТ 7.

Старшие два разряда ((и-1) п с выхода счетчика 3 подаются также на первый формирователь 4 импульсов, ко- торый обеспечивает формирование двух опорных меандров, взаимно сдвинутых по фазе на 90 и поступавщих на вхоd ды в, r корректора 5 фазы (см.фиг.2).

Частота опорных меандров соответствует частоте переключения старшего разряда п счетчика 3 и равна частоте питающих напряжений СКВТ 7.

Корректор 5 фазы и блок 6 запитки датчика совместно представляют собой систему стабилизации фаз токов в обмотках точного отсчета СКВТ 7 с одновременной стабилизацией амплйтуд питающих напряжений СКВТ 7, На входы а и б корректора 5 фазы поступают токи, протекающие по входным обмоткам точного отсчета СКВТ 7, Фазы токов во входных обмотках точного отсчета

СКИТ 7 Определяются фазами питающих напряжений, формируемых блоком .6 эапитки датчика иэ выходных меандров. корректора 5 фазы. Корректор 5 фазы формирует входные меандры для устройства 6 запитки датчика таким образом, чтобы обеспечивалось равенство фаэ токов в обмотках точного отсчета с фазами опорных меандров, поступающих из первого формирователя 4 импульсов.

Назначением блока 6 эапитки датчика являются формирование сннусоидальных напряжений питания СКВТ 7 из входных меандров и стабилизации амплитуд этих напряжений.

Сигналы с выходных обмоток СКВТ 7, несущие информацию Об угле поворота ф, входного вала СКВТ. 7 в виде фазо- . вых сдвигов относительно питающих напряжений, поступают с обмотки грубого отсчета на второй нуль-орган 14, . с обмотки точного отсчета — на фильтр

9 и затем на первый нуль"орган 10.

Первый 10 и второй 14 нуль-органы формируют из входных синусоидальных снг" налов прямоугольные импульсы, фронты которых соответствуют моментам перехрда входных сигналов через ноль, 496606

Фильтр 9 понып)ает помехозащншенностЬ канала точного отсчета и представляет из себя активный избирательный фильтр с двойным Т-мостом в цепи

5 обратной связи, настроенный на частоту, равную частоте питающих напряжений СКВТ 7.

Первый 11 и второй 15 блоки синхронизации вырабатывают иэ прямоугольных импульсов, поступающих иэ первого 10 и вторрго 14 нуль"органов на входы блоков синхронизации, короткие импульсы, синхронизируемые сигналом f, которые поступают на входы записи регистра ТО 12, и счетчика ГО

13 и списывают из счетчика 3 в ре" гистр ТО 12 и в счетчик ГО 13 кодовую маску двоичного кода. Эти же импульсы поступают также в блок 16 согласо- 20 вания и синхронизации. Синхронизация сигналом f поступающим на входы блоков синхронизации, необходима для исключения неопределенности считывания кодовой маски. вызываемой 25 переходными процессами в счетчике 3.

Блок 16 согласования и синхронизации анализирует состояние двух старших выходных разрядов ((п-l),ïj регистра ТО 12 и младшего выходного 30 разряда п счетчика ГО 13 и вырабатывает сигналы, поступающие либо на суммирующий, либо на вычитающий входы счетчика ГО 13. По завершении согласования отсчетов блок 16 согласова35 иия .и синхронизации формирует сиг-! нал записи, по которому дноичный код из регистра ТО 12 и счетчика ГО 13 переписывается в выходной регистр 17.

На .вход параллельной записи млад- 40 ших разрядов выходного регистра 17 поступают выходные разряды 0...(п-l) . из регистра ТО 12 а на вход парал1 лельной записи старних разрядов— выходиЬ)е разряды и ...и из счетчика

ГО 13. .Более подробно работа отдельных .узлов преобразователя рассматривается ниже.

Корректор 5 фазы (см.фиг.2) содер- gp жит два идентичных канала. Первый канал включает первый датчик 18 тока, первый нуль-орган 19, первый фазовый детектор 20, первый 24 и второй 25 ключи, второй делитель 28 частоты.

Второй канал содержит узлы 21, 22, 23, 26, 27, 29. Вследствие идентич. ности каналов описывается работа

1 только первого канала.

TC Ê ПPO ) ЕК;(КМЛ((И По ОУ(ЯОЙ ИЗ входных обмоток СКВТ 7, ч»реэ вход л корректора 5 фазы поступает Ha первый датчик 18 тока. !(лтчнком тока является б»зынцуктнвный резистор, вл котором формируется напряжение, пропорциональное протекло)((ему через него току. Сформироял )()ое напряжение поступает на нуль.-с) р гли 1 9, кото рыл( преобразует входной сигнал в последовательность прямоуголыи)х импульсов, фронты которых совплдлют с моментлмн перехода нкОДНОГО нл)(ряжен((я через н улейой уровень . Пол уяенил я последовательность импульсов поступает на вход первого фазового детектора 20.

На вход фазоног0 детектора 20 через вход н корректора i фазы поступает последов а тел ьнос та о но рш (х г(ел)(дров, сформированная пе рвым форм((ронлт лем

4 нмпульсон. Фазавыи деtl Kòoð 20 производит сравнение входного сигнала с фазой опорного мелндра нл входе в.

Сравнение происходит один раз зл пе()иод .опорного мелнцра и результат сравнения вырабатывается н виде импульса либо на одном выход» (прн опережении фазы контролируемого сигнала по отно()(ен)(ю к опорному мелндру), либо на другом выходе (прн отставании фазы1. При совпадении фаз сигналы на выходах фазового детектора 20 отсутствуют. Выходные сигналы с ныходов фазового детектора 20 (нлэнаня 11 ные соответственно - Опережение и

ПОтставание") поступают на одни вхо- ды перного 24 и второго 25 ключей.

На другие входы этих ключей с входов д, е корректорл 5 фазы поступают последовательности коротких иыпульсон: последовательность f< на первый ключ 24, последовательность f> на второй ключ 25.

Первый ключ 24:

a) при отсутствии сигнала на входе сигнала "Опережение" пропускают импульсы последовательности f без изменения на выход; б) при поступлен)(и переднего фрон-. та импульса сигнала "Опережение" на вход запрещает прохождение одного из импульсов последонательчасти f4, на выход.

Второй ключ 25: а) при отсутствии сигнала на входй сигнала "Отставание ллпр(.щает прохождение сигналов на выход;

1496606 б) при поступл нии переднего фронта импульса сигнала "Отставание" пропускают на выход один из импульсов последовательности f>.

С выходов ключей 24 и 25 (см. фиг.2) импульсы подаются на вход вто" рого целителя 28 частоты. Коэффициент деления этого делителя вьЮирается равным отношению частоты последона- 1О теяьностей Г4 и f g к частоте. опорных меандров, подаваемых на входы в r корректора 5 фазы. Поэтому при отсут ствии сигналов "Отставание" или "Опережение" на выходе а корректора 5 фа- 15 зь1 присутствуют импульсы, частота следования которых совпадает с частотой опорного меандра. При этом между этими сигналами существует неопределенный, но постоянный сдвиг фаз. При поступлении единичного импульса сигнала "опережение" или "Отставание" на входе второго делителя 28 частоты вырезается или добавляется один им. 25 пульс, в результате чего фаза выходного сигнала йторого делителя 28 частоты сдвигается на величину ф =

= + — — где К - коэффициент деле» К 9 яия второго делителя 28 частоты

30 (знак "+" — при наличии сигнала -"От" станание", знак "-". - при наличии сигнала "Опережение"). Поэтому сдвиг фаэ между опорным меандром и выход» ным сигналом второго делителя часто- 35 ты изменяется на величину g

Выходной сигнал корректора 5 фазы является входным для .блока 6 эапитки датчика, который преобразует прямоугольные входные импульсы в синусои- 40 дальное напряжение с частотой, ран« ной частоте входных импульсов. Поэтому изменение фазы сигнала на выходе а корректора 5 фазы вызывает такой же сдвиг фазы синусоидального иапря- 45 жения на выходе соответствующего канала блока б запитки датчика и, следовательно, сдвиг Фазы тока во входной обмотке точного отсчета СКВТ 7.

Вследствие введения обратной связи (см. Фиг.1) путем подключения выхода входной обмотки точного отсчета

СКВТ 7 к входу корректора 5 фазы осуществляется поддержание Равенства фазы тока в соответствующей обмотке

СКВТ 7 фазе опорного меандра. Учиты" ная идентичность:обоих каналов кор-: ректора 5 фазы, а также то, что на выходах первого Формирователя 4 импульсов опорные меандры взаимно сдвинуты по фазе на 90, такой же сдвиг поддерживается между токами во входных обмотках СКВТ 7, независимо от параметров блока 6 запитки датчика, а также параметров СКВТ 7.

Блок 6 эапитки датчика (см.фиг.3) работает. следующим образом, На входы а,б блока 6 запитки датчика поступают последонательности прямоугольных импульсов. Эти последовательности, одна йепосредственно, а другая через управляемый аттенюатор 30, поступают на первый и второй

Фильтры 31 и 35. фильтры 31 и 35 представляют собой избирательные фильтры с высокой добротностью и частотой квазирезонанса, равной частоте входных последовательностей. фильтры реализуются на базе операционных усилителей, охваченных обратной связью через двойной Т-мост. Использование фильтров позволяет выделить иэ спектра входного сигнала первую гармонику и сформировать тем самым синусоидальный сигнал с малым содержанием высших гармоник. С выходов Фильтров сияусоидальные напряжения поступают на первый 32 и второй 34 усилители мощности, где усиливаются до уровня, необходимого для запятки СКВТ 7 °

Для получения минимальных @огреш" ностей измерения, вносимых самим

СКВТ 7, к напряжениям запитки СКВТ 7 предъявляется требование равенства амплитуд на обеих входных обмотках.

Для выполнения этого требования в блок 6 запятки датчика введены узлы

36, 33, 30.

Элемент 33 сравнения представляет собой узел сравнения амплитудных значений синусоидальных напряжений на выходах усилителей 32 и 34 мощности и вырабатывает сигнал, пропорциональный их разности. Элемент 33 сравнения выполнен на базе выпрямителей пер менных напряжений с Фильтрами. имеющими постоянную времени во много раз большую периода сранниваемых напряжений.

Управляемый аттенюатор 30 позволяет изменять амплитуду импульсов, поступающих на Фильтр 31, и тем самым регулировать амплитуду сияусоидальноФ го напряжения, формируемого фильтром

3!. Управление аттенюатором 30 осу1496606 ществляется от интегрирующего усилителя 36 ° на вход которого завецен выходной сигнал с элемента 33 сравнения. Интегрирующий усилитель 36 выполнен на базе операционного усилителя, включенного по схеме интегратора, и обеспечивает на выхоце неизменное постоянное напряжете при нулевом входном сигнале. Отклонение вход- f0 ного напряжения от нуля вызывает соответствующее изменение напряжения на выходе интегрирующего усилителя 36 и, . следовательно, изменение амплитуды импульсов на выходе управляемого 15 аттеиюатора 30.

Таким образом, блок 6 эапитки датчика обеспечивает формирование двух напряжений синусоицальной формы и стабилизацию равенства амплитуд. 20

Введение зпемента 33 сравнения, построенного на базе выпрямнтелей с большой постоянной времени, а также усилителя с интегрирующими свойствами делает блок 6 эапитки датчика нечувствительным к импульсным помехам, находящимся в линии связи, подключенной к выходу блока 6 запитки датчика.

Формула иообре тення 30

I.Äâóõoòñ÷åòíûé преобразователь угол †.коц, содержащий генератор импульсов, выход которого соединен с входом делителя частоты, выход 35 которого связан с входом счетчика, двухотсчетный синусно-косинусный вращающийся трансформатор, первый выход которого через Фильтр поцключен к входу первого нуль-органа, а 40 второй выход — к входу второго нульоргана, и регистр точного отсчета, выходы которого подключены к информационным входам регистра, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью 45 расширения области применения путем осуществления фазовой автопоцстройки тока в обмотках точного отсчета датчика угла, в него введены цва формирователя импульсов, корректор фазы, блок эапитки датчика, цва блока синхронизации, счетчик грубого отсчета и блок согласования и синхронизации, выходы разрядов с 0 цо и счетчика поцключены к информационным

Входам регистра точного отсчета,. выходы с пц цо и старших разрядов счетчика связаны с инФормационными вхо= .дами счетчика грубого отсчета, выходы (n-I ),п старших разрядов счетчика подключены к вхоцам первого Форми рователя импульсов, первый и второй выходы которого соецинены с первым и вторым входами корректора Фазы, третий, четвертый, пятый, шестой,вхоцы которого попарно соединены с выходами второго формирователя импульсов и третьим, четвертым вьпсоцами цвухотсчетного синусно-косинуспого вращающегося трансформатора соответственно, выходы корректора фазы подключены к вхоцаи блока запитки датчика, выходы которого соединены с вхоцами блока цвухотсчетного синусно-косинусного вращающегося трансформатора, выходы первого и второго нуль-органов поц-. ключены соответственно к первым входам первого и второго блоков синхронизации, вторые входы которых объединены и соединены.с выходом целителя частоты, выхоц первого блока синхронизации подключен к управляющему входу регистра точного отсчета и к первому входу блока согласования и синхронизации, выход второго блока синхронизации подключен к управляющему вхочу счетчика грубого отсчета и к второму входу блока согласования и синхронизации, третий и четвертый входы которого соединены с выходами двух старших разрядов регистра точного отсчета, а пятый вход соецинен с выходом млацшего разряда счетчика грубого отсчета, выхоцы которого подключены к информационным входам ! старших разряцов регистра, управляющий вход которого соединен с первым выходом блока согласования и синхронизации, второй и третий выходы которого подключены к входам сложения и вычитания счетчика грубого отсчета, выход генератора импульсов соецинен с входом первого формирователя.

2.Преобразователь по п.1, о тл и ч а ю шийся тем, что корректор фазы соцержит два датчика тока, цва нуль-органа, цва Фазовых цетектора, четыре ключа и цна делителя частоты, выход первого датчика тока через первый нуль-орган поцключен к первому вхоцу первого Фазового детектора, второй вход которого является первым входом корректора фазы, выход второго датчика ток» через второй нуль-орган подключен к первому

I- 696606 входу второго фазового детектора, второй вход которого является вторым входом корректора фазы, первые и вторые выходы первого и второго фазовых детекторов подключены к информационным входам первого — четвертого ключей соответственно, управляющие входы первого и третьего ключей объединены и являются третьим входом корректора фазы, управляющие входы второго и четвертого ключей объединены и являются четвертым входом корректора фазы, вмходы первого и второго ключей объединены и подключены к входу пер- 15 вого делителя частоты, выход которого является первым выходом. корректора фазы-, выходы третьего и четвертого ключей объединены и подключены к входу второго делителя частоты, выход 20 которого является вторым выходом корректора фазы, входы первого и второго датчиков тока являются пятым и

1 шестым входами корректора фазы соот- . ветственно.

3,Преобразователь по п.l, o тл и ч а ю шийся тем, что блок запитки задатчика содержит последо-вательно соединенные управляемый аттенюатор, первый фильтр и первый усилитель мощности, выход которого подключен к первому входу злемеита сравнения и является первым выходом блока эапитки датчика, выход второго фильтра через второй усилитель мощности подключен к второму вхоДу.элемента сравнения и является вторым выходом блока эапитки датчика, выход элемента сравнения через интегрирующий усилитель подключен к первому вхо", ду управляемого аттенюатора, второй вход которого является первым входом блока запитки датчика, вход второго фильтра является вторым входом бло" ка запитки датчика, l496606 фее. 2

ix.2

Составитель М.Сидорова

Техред М.Ходанич Корректор О.Кравцова

Редактор M.Кузнецова Заказ i 90б Тираж 474. Поцписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, l01